双星轨道拟合的研究进展

双星轨道拟合是天文学的一项基础性研究工作。其主要目的是给出双星系统的二体轨道参数,这些参数不仅是高精度、高网格密度星表参考架的必要组成部分,而且也为理解各种有关观测现象提供了必要的动力学基础;更重要的是,双星轨道拟合可以直接估计恒星物理和星系天文学等领域极有应用价值的恒星质量参数。因此,长期以来双星轨道拟合工作一直受到研究者的广泛关注。近年来,随着高精度的恒星运动学观测资料的大量积累,双星轨道拟合更成为天体测量和天体力学的一个共同的热点课题,有关研究也有了长足的进展。综述了双星轨道拟合的历史及现状,其中着重介绍了目前所用的主要观测资料和各种具体的拟合模型、拟合方法;简要描述了几种主要的双星星表;展望了今后双星轨道拟合工作的发展趋势。     

基于多种观测资料的双星轨道拟合研究

双星轨道拟合研究的主要目标是给出双星系统完整的运动学参数,包括质心运动学参数、二体轨道参数、恒星质量参数等.这些参数不仅是高精度、高密度星表参考架的必要组成部分,而且为恒星物理、星团和星系天文学等领域的研究提供了重要帮助.近年来,随着各种观测技术的发展和应用,特别是空间天体测量、光干涉观测和高分辨分光观测的开展,各种高精度的观测资料越来越多,双星轨道拟合也成为当前天文学研究的重要研究课题.针对联合多种观测资料的双星轨道拟合研究,本论文开展了如下几方面工作:     

主序星的V波段经验质光关系

恒星质量是恒星物理以及恒星系统动力学研究中一个不可或缺的参量.双星轨道拟合是获取恒星(动力学)质量的最可靠途径,而绝大部分恒星的质量仍然需要通过恒星质光关系来估计,因此,通过拟合恒星动力学质量和光度数据得到经验质光关系的工作具有重要意义.尽管主序星的V波段质光关系由于金属丰度的影响而具有一定的弥散性,但有研究表明这种影响主要限于恒星质量小于0.6M_⊙的情况.对于较大质量的主序星,近年来的观测拟合研究积累了比较充分的动力学质量和V波段光度数据,从而为显著改进上述质光关系提供了可能.利用一个能合理分配两个不同量纲观测量权重的拟合方法,根据203颗恒星的动力学质量和光度数据给出了主序星的V波段经验质光关系,该结果对此前结果的改进不仅具有统计显著性,而且其对恒星质量估计的相对误差已达到约5%.因此,该结果不仅可以用于开展有关恒星物理或恒星系统动力学方面的统计性研究,而且对具体实际多星系统的长期动力学研究和短期定位研究等也有应用价值.     

主序星的Ⅴ波段经验质光关系

恒星质量是恒星物理以及恒星系统动力学研究中一个不可或缺的参量.双星轨道拟合是获取恒星(动力学)质量的最可靠途径,而绝大部分恒星的质量仍然需要通过恒星质光关系来估计,因此,通过拟合恒星动力学质量和光度数据得到经验质光关系的工作具有重要意义.尽管主序星的Ⅴ波段质光关系由于金属丰度的影响而具有一定的弥散性,但有研究表明这种影响主要限于恒星质量小于 0.6M_⊙的情况.对于较大质量的主序星,近年来的观测拟合研究积累了比较充分的动力学质量和Ⅴ波段光度数据,从而为显著改进上述质光关系提供了可能.利用一个能合理分配两个不同量纲观测量权重的拟合方法,根据 203 颗恒星的动力学质量和光度数据给出了主序星的Ⅴ波段经验质光关系,该结果对此前结果的改进不仅具有统计显著性,而且其对恒星质量估计的相对误差已达到约 5%.因此,该结果不仅可以用于开展有关恒星物理或恒星系统动力学方面的统计性研究,而且对具体实际多星系统的长期动力学研究和短期定位研究等也有应用价值.     

蓝离散星研究现状(Ⅱ):观测特性

不同恒星系统(银河系晕、疏散星团、球状星团、矮星系)中蓝离散星所表现出的观测特性各不相同,这与恒星系统动力学环境及相应的蓝离散星主导形成机制直接相关。因此,分析研究蓝离散星的不同观测特性,也就成为研究蓝离散星形成机制、恒星及双星系统演化以及恒星系统动力学演化的有效方法。     

NGC 3603星团中的大质量逃逸双星

非团环境中的大质量恒星以及大质量双星的起源是理解大质量恒星形成和演化的关键问题之一. 年轻大质量星团内的动力学交会过程是产生大质量逃逸星的重要途径之一. 选取了银河系内年轻大质量星团NGC 3603外围的两个碰撞星风系统候选体MTT68A和MTT71作为研究对象, 通过分析\emphChandra X射线观测以及\emphGaia第2批数据发布(DR2)中的天体测量结果, 研究它们作为相互作用的大质量双星系统的起源. X射线数据的分析表明, 它们的X射线能谱中存在Fe XXV发射线成分; 相较于普通O型星, 以双温等离子体模型拟合得到偏高的高温成分温度($\gtrsim$2.0keV), 并且X射线光度与热光度的比值也较高($\gtrsim10^{-5.8     

利用长期资料改进双星轨道解的一种方法

早期的地面观测积累了大量关于双星系统的观测资料.相对于近年来的各种观测数据,这些资料兼有精度低的缺陷和时间跨度长的优势．针对同时具有长期资料和依巴谷观测数据的较长周期的双星系统(如依巴谷星表的双星和多星附表中的G型双星系统),提出一种联合拟合方法,即首先通过拟合依巴谷的观测数据IAD寻求目标函数局部极小的轨道解,然后从中选出长期资料的最优解．结合这种方法的可行性分析,讨论了适用该方法的双星系统的轨道特征．作为应用实例,研究了文献中存在两种轨道解且仅有7次长期资料可以利用的系统73Leo,通过伴星质量的外符合分析,给出了具有较高可信度的轨道解．     

目视双星的观测

目前,许多大中学校建立了天文台,很多天文爱好者也都购买了望远镜,怎样才能开展经常性的天文观测活动呢?我向大家推荐目视双星的观测,这是一种简单易行而且对提高观测技能又卓有成效的观测活动。双星可分为两类,一类是指彼此之间有着物理联系的恒星系统,称为物理双星。如果两颗星看起来在天空中靠得很近,但它们之间没有相互的引力作用,则将它们称为几何双星,本文不讨论几何双星。双星系统中,两颗成员星都称为双星的子星,较亮的那颗叫主星,较暗的叫伴星。通过双星的研究不仅可以直接测定恒星质量,还可为我们提供双星轨道要素和恒星大小等重要信息。     

蓝离散星研究现状(Ⅰ):形成机制

大量研究表明,蓝离散星的形成可能有多种机制,目前比较流行的形成机制可以概括为以下几类:密近双星系统的质量传输及双星并合、密集星场的恒星碰撞,以及包含双星系统的恒星间 (双星-单星、双星-双星)相互作用导致的恒星并合。与此同时,蓝离散星在各类恒星系统中的普遍存在,也使得研究这类恒星的形成及演化成为追踪恒星系统动力学演化、化学演化及积分光谱性质变化的有效指针。     

天体运动的轨道偏心率研究概述---从恒星系统到行星系统

偏心率是描述天体运动轨道的重要参数之一, 能够为揭示天体的动力学演化提供重要线索, 进而帮助理解天体形成与演化的过程及背后的物理机制. 随着天文观测技术的不断发展, 人们对于天体运动轨道的研究已经走出太阳系, 包含的系统也从大质量端的恒星系统延伸到了低质量端的行星系统. 聚焦天体轨道偏心率研究, 回顾了目前在恒星系统(包括主序恒星、褐矮星以及致密星)和行星系统(包括太阳系外巨行星以及``超级地球''、``亚海王星''等小质量系外行星)方面取得的进展, 总结了不同尺度结构下偏心率研究的一些共同之处和待解决的问题. 并结合当下和未来的相关天文观测设备和项目, 对未来天体轨道偏心率方面的研究工作进行了展望.     

食双星DS Psc的观测与研究

捅要从2009年到2014年,对食双星DS Psc进行了多色测光和光谱观测,得到了完整覆盖的B、V、R 3色光变曲线以及一批新的光变极小时刻,并首次确定了该双星系统的光谱型.综合已有极小时刻数据,采用O-C方法进行周期分析,得到了新的轨道周期及历元公式.利用Wilson-Devinney方法,对观测所得光变曲线作了拟合分析,首次得到了该双星系统的测光轨道初解.结果表明DS Psc为一个光谱型约为G7V的过相接双星系统.其轨道倾角为66.6°,质量比为2.506.由于其小质量的次子星具有比大质量主子星更高的表面温度,因此DS Psc应属于W次型的W UMa型双星.     

外赋AGB星星风吸积的角动量守恒模型

用整个系统的角动量守恒条件代替切向动量守恒条件,推导出星风质量吸积及轨道参量变化方程．在新的轨道参量变化方程的基础上,计算了外赋AGB星系统的星风质量吸积及轨道参量的变化．将星风吸积模型同内禀AGB星核合成模型结合起来,通过逐次脉冲吸积质量和混合,自洽地计算外赋AGB星的重元素超丰,并给出计算结果与观测值的比较．对初始质量较大的Ba星（M2．0＝2．5M⊙）,当系统轨道周期大于1300天时,属于星风吸积,小于600天成为共同包层双星或灾变双星．对初始质量较小的Ba星（M2．0＝13M⊙）,当系统轨道周期大于1600天时,属于星风吸积,小于600天时成为灾变双星,由此可以解释Ba星的重元素超丰和轨道参量的观测事实,并有利于解释观测到的外赋S星轨道周期的600天下限．随着星风吸积过程的进行,轨道偏心率逐渐增大,这对解释Ba星轨道偏心率平均值大于外赋S星和CH星平均值的观测事实有利．     

钡星系统轨道根数分布及丰度的Monte-Carlo模拟计算

采用星风质量吸积的角动量守恒模型，用Monte—Carlo方法研究了普通红巨星双星系统和钡星的轨道根数的变化规律，由于钡星系统是由普通红巨星双星系统演化而来，因此钡星系统的轨道偏心率及周期的分布显示了经过质量吸积后双星系统的最终轨道特征。计算结果表明，随着星风吸积过程的进行，在星风质量损失阶段系统轨道半长轴将增大，导致轨道周期增大，而偏心率变化不大，由此可以解释普通红巨星双星系统和钡星系统的轨道根数的分布规律和变化情况以及钡星重元素丰度分布特征。     

中国小望远镜观测太阳系小天体项目的回顾

回顾了中国用小望远镜进行的一些科研项目,如小行星的天体测量和测光观测,近地天体的观测和天然行星卫星的天体测量观测.介绍了小行星和近地天体轨道的测定,以及行星/月球历表的编制.简述了天体测量标准区的建立,从射电源光学对应体推算光学和射电参考架的联系,双星轨道的测定,以及星团成员星自行的测定.提出了改进GSC2.3的新项目...     

双星系统中行星的形成及动力学

自1995年在类太阳恒星周围发现第1颗太阳系外行星(简称系外行星)以来,到目前为止发现的系外行星数目已达500多个.恒星一般诞生在双星系统中,因此在双星系统中发现行星是很自然的.目前的观测统计显示,双星系统中具有行星的恒星比例大概为17％.显然这个比例应该看成一个下限,因为很强的观测选择效应使很多行星观测计划避开了双星系统.目前发现的有行星的双星系统大都为S型,即一颗伴星围绕着里面的恒星-行星系统公转.一般S型的双星轨道间距在100 AU以上,不过目前也发现了4个S型双星轨道间距在20 AU左右.这些系统包括Gamma Cephei、GJ 86、HD41004和HD 196885.除了以上介绍的S型双星,还有一类叫P型,即行星围绕两个恒星公转.P型的双星到目前为止只发现并确认了两例.本论文将主要研究S型双星系统中的行星形成. 在第1章,我们首先概括了到目前为止有关单星和双星系统中行星的观测特征.然后,我们系统地介绍了有关行星形成的理论模型,特别是这些理论模型应用到双星系统中时需要考虑的情况变化.双星系统中,由于伴星的引力扰动,行星形成与之在单星系统中相比变得更加复杂.伴星的引力可以激发起星子的轨道,从而使得它们的碰撞速度增大到大于星子的表面逃逸速度,甚至大于使星子碎裂的极限速度.行星形成的中间(第2)阶段—从星子到行星胚胎,因此变得问题重重和扑朔迷离.我们接下来的内容将主要集中在这个问题很多的中间阶段,看星子能否以及如何顺利通过这个阶段.     

星系的恒星速度弥散度的归算方法

星系的恒星视向速度分布是星系动力学模型的重要观测约束,其特征参数包括速度弥散度、分布轮廓以及红移。这些参数对研究星系的动力学、结构和演化以及中央黑洞的质量等都具有重要的价值。该文全面总结了从星系光谱归算星系的恒星视向速度分布及其弥散度的各种方法,以及对观测和处理的一些要求。这些方法都假设星系谱线可看作是模板星光谱经多普勒位移并加宽后的线性叠加。提取尽可能多的星系内部恒星运动信息、减少模板星失配的影响、简化误差分析,是这些方法追求的目标。     

卫星轨道确定模型误差的深度加权核估计方法

卫星动力学模型误差是客观存在的事实,动力学模型误差传递到轨道确定算法中构成部分形式未知的模型误差,并且与测量系统自身的系统误差和随机误差耦合在一起形成定轨模型误差,严重影响轨道确定精度.详细推导了存在动力学模型误差的轨道改进方程,对模型中能准确描述的部分建立了参数化模型,对不能准确描述的误差部分,建立了非参数模型.构建了部分线性轨道改进模型,利用二阶段估计法和核函数估计法对模型误差进行拟合估计,并在轨道改进中予以补偿.根据数据深度理论,建立了非参数模型误差的深度加权核估计方法,提高了模型误差估计的抗差性.最后结合天基空间目标监视系统进行了轨道确定仿真实验.实验结果表明,模型误差是影响轨道确定精度的重要因素,核函数估计法可以有效估计定轨中的模型误差,窗宽是提高模型估计精度的重要变量,通过深度加权处理可以明显提高核函数估计的抗差性,提高轨道确定精度.     

现代天文学中的双星

我们的太阳系由一颗恒星、八颗行星以及各种小天体组成。不过,太阳附近的大多数恒星却是双星系统。如果它们有行星,那么,从那些行星上看来,天上将会有两个“太阳”。甚至还有的是三合星、四合星、五合星,乃至更多恒星组成的系统。观测表明,太阳附近超过三分之二的恒星处在双星或多星系统当中,     

慢脉动B型星KIC 8324482的星震学研究

慢脉动B型(Slowly Pulsating B-type, SPB)星的脉动频率很难被地面观测设备所观测到,直到近些年空间观测技术的快速发展才使其得以实现. SPB星的研究尚处于起步阶段,恒星内部还存在许多问题等待解决.而星震学恰巧是一个用于探索恒星内部结构和相关的物理过程的有力工具.因此,星震学方法可以用来探测SPB星的内部结构和物理过程.通过用模型网格的方法对KIC 8324482这颗SPB星进行初步的星震学诊断,并通过计算其震荡数据(周期与周期间隔)的卡方值来筛选最佳拟合模型,确定了这颗星的一些基本物理参数,并发现了SPB星周期间隔的振荡频率和振幅与其对流核收缩留下的元素丰度梯度轮廓的关系.除了对流超射以外,扩散混合也是解释该恒星周期间隔分布结构的必要条件.     

化学组成特殊星的概述与研究进展

化学组成特殊星(即CP星)是一类具有特殊化学元素丰度的恒星,大部分属于A型和B型主序星。主要介绍了CP星的分类、特征以及主要的起源理论。CP星存在于双星中的比例非常高,在Am星和Hg-Mn星中双星的比例高达90%以上。当CP星是食双星的成员时,通过对双星的观测可以精确地确定CP星的质量、半径等物理参数;双星中物质交流以及最终的子星并合等也可能会形成CP星的特殊化学组成和强磁场。通过CP星双星的观测与研究,有助于研究CP星的起源和演化,也为解释CP现象提供了一个有效途径。